{"id":17466,"date":"2010-01-29T22:34:30","date_gmt":"2010-01-29T22:34:30","guid":{"rendered":"https:\/\/www.institutodeengenharia.org.br\/?p=17466"},"modified":"2010-01-29T09:44:17","modified_gmt":"2010-01-29T09:44:17","slug":"o-que-vai-alimentar-os-carros-do-futuro","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.institutodeengenharia.org.br\/site\/2010\/01\/29\/o-que-vai-alimentar-os-carros-do-futuro\/","title":{"rendered":"O que vai alimentar os carros do futuro?"},"content":{"rendered":"

A defici\u00eancia das baterias<\/strong> <\/p>\n

O lan\u00e7amento do primeiro carro h\u00edbrido, o Toyota Prius, em 2001, j\u00e1 \u00e9 um fato hist\u00f3rico. A hist\u00f3ria agora se renova com a estreia no mercado dos primeiros carros el\u00e9tricos esportivos Tesla. <\/p>\n

Mas esses sucessos n\u00e3o podem encobrir um “detalhe” nada desprez\u00edvel: a tecnologia das baterias que estes carros utilizam ainda necessita de melhorias significativas para atender \u00e0s exig\u00eancias que os ve\u00edculos encaram no dia a dia. <\/p>\n

O fato \u00e9 que as baterias de \u00edons de l\u00edtio (Li-Ion) dos melhores laptops permitem que eles funcionem por uma hora e meia antes de exigirem uma recarga, que dura duas horas ou mais. E um computador port\u00e1til, mesmo podendo ser carregado, funciona parado, \u00e9 um equipamento estacion\u00e1rio – portanto, com f\u00e1cil acesso a uma tomada. J\u00e1 um carro \u00e9 projetado para cumprir suas fun\u00e7\u00f5es em total mobilidade.
\nIndo direto ao ponto: as baterias de hoje s\u00e3o inadequadas para aplica\u00e7\u00f5es automotivas.<\/p>\n

Baterias t\u00e3o caras quanto o carro<\/strong> <\/p>\n

Ainda h\u00e1 muito trabalho a fazer para que as baterias de l\u00edtio tornem-se capazes de alimentar carros urbanos a pre\u00e7os razo\u00e1veis. Como o porta-voz da Daimler AG, Matthias Brock, faz quest\u00e3o de salientar, “a quest\u00e3o dos custos \u00e9 primordial e a bateria \u00e9 uma parte importante do pre\u00e7o de um carro [el\u00e9trico]. Para sermos competitivos, precisamos reduzir o pre\u00e7o das baterias, mas isso ainda vai levar alguns anos.” <\/p>\n

De acordo com Paul Nieuwenhuis, especialista em ind\u00fastria automotiva na Universidade de Cardiff, no Reino Unido, a bateria de um carro h\u00edbrido padr\u00e3o custa cerca de 17.000 euros (cerca de US$25 mil ou R$43 mil), o mesmo montante necess\u00e1rio para construir todo o restante do carro. <\/p>\n

“Pode-se supor que, por volta de 2020 e com produ\u00e7\u00e3o em massa, o custo das baterias ter\u00e1 ca\u00eddo pela metade. Essa produ\u00e7\u00e3o em massa vai come\u00e7ar com os h\u00edbridos plug-in – carros h\u00edbridos recarreg\u00e1veis atrav\u00e9s de uma tomada el\u00e9trica comum -, mas ve\u00edculos el\u00e9tricos a bateria “puros” tamb\u00e9m v\u00e3o se beneficiar,” diz ele. <\/p>\n

Baterias confi\u00e1veis<\/strong> <\/p>\n

Antes disso, esses ve\u00edculos devem ganhar velocidade, pot\u00eancia e autonomia. Neste momento, poucos ve\u00edculos el\u00e9tricos s\u00e3o capazes de viajar mais do que 60 km com uma \u00fanica carga. Al\u00e9m disso, muitos desses modelos usam baterias de hidreto met\u00e1lico de l\u00edtio (NiMH). <\/p>\n

“Estas s\u00e3o as baterias convencionais para os carros el\u00e9tricos e s\u00e3o perfeitamente funcionais”, insiste Saiful Islam, da Universidade de Bath, tamb\u00e9m no Reino Unido. O que \u00e9 verdade, j\u00e1 que \u00e9 nelas que se baseiam o Mercedes-Benz Smart Car ou o pr\u00f3prio Toyota Prius. <\/p>\n

Neste momento, as baterias NiMH s\u00e3o mais confi\u00e1veis e mais baratas do que as baterias de \u00edons de l\u00edtio. <\/p>\n

No entanto, como explica Saiful Islam, “as baterias de \u00edons de l\u00edtio oferecem outros benef\u00edcios, particularmente em termos de densidade de energia, que \u00e9 muito maior para a mesma massa.” Esta capacidade pode ter um impacto significativo sobre o peso das baterias e sobre a capacidade de armazenamento de cada uma das pequenas c\u00e9lulas que as comp\u00f5em. <\/p>\n

De acordo com Peter Bruce, um especialista em armazenamento de energia na universidade escocesa de St. Andrews, uma bateria Li-ion produz de tr\u00eas a quatro volts por c\u00e9lula, contra um pouco mais de dois volts por c\u00e9lula nos outros tipos. Isto permite reduzir o n\u00famero de c\u00e9lulas na bateria e aumentar a densidade de energia. Mas adaptar esse potencial para o uso em massa exige tamb\u00e9m a melhoria do desempenho de v\u00e1rios outros componentes das baterias. <\/p>\n

Contudo, as atuais baterias de \u00edons de l\u00edtio t\u00eam um grande problema: a falta de confiabilidade. Alguns fabricantes viram seus produtos explodirem em notebooks e telefones celulares. Esse cen\u00e1rio deve ser evitado a todo custo no caso de um ve\u00edculo em movimento. “Novos materiais s\u00e3o a chave para o progresso nesta \u00e1rea,” prev\u00ea Saiful Islam. <\/p>\n

Separadores de cer\u00e2mica<\/strong> <\/p>\n

A empresa qu\u00edmica alem\u00e3 Evonik Degussa GmbH est\u00e1 tentando resolver este problema atrav\u00e9s do projeto Li-Tec, o resultado de uma parceria comercial com a Daimler AG. <\/p>\n

Os engenheiros da Evonik desenvolveram um novo material chamado Separion\u00ae para produzir o filme separador, que \u00e9 um dos principais componentes das baterias. Como o pr\u00f3prio nome sugere, ele separa os dois eletrodos, o anodo (+) e o catodo (-), atrav\u00e9s dos quais circula o fluxo de \u00edons de l\u00edtio, e, portanto, a corrente el\u00e9trica. Uma das fun\u00e7\u00f5es do separador \u00e9 evitar curtos-circuitos, sendo ao mesmo tempo suficientemente perme\u00e1vel e poroso para permitir a passagem dos \u00edons em movimento. <\/p>\n

Os separadores s\u00e3o geralmente compostos de membranas de pol\u00edmeros semiperme\u00e1veis, \u00e0 base de polietileno ou polipropileno. Mas estes materiais s\u00e3o inflam\u00e1veis e s\u00f3 s\u00e3o est\u00e1veis at\u00e9 140 \u00b0C. No caso de um excesso de carga, o separador pode superaquecer, derreter e provocar um curto-circuito, eventualmente ocasionando uma explos\u00e3o. <\/p>\n

A inova\u00e7\u00e3o da Evonik foi a introdu\u00e7\u00e3o de separadores formados parcialmente por compostos de cer\u00e2mica, que s\u00e3o duros, mas ainda suficientemente flex\u00edveis para permitir a perfura\u00e7\u00e3o de pequenos poros atrav\u00e9s dos quais os el\u00e9trons podem fluir. <\/p>\n

A ideia n\u00e3o \u00e9 nova, mas a Evonik resolveu algumas de suas limita\u00e7\u00f5es. “As cer\u00e2micas eram muito fr\u00e1geis e, portanto, era dif\u00edcil usar um separador exclusivamente composto por este material”, diz Volker Hennige, diretor do projeto Li-Tec. Os engenheiros ent\u00e3o inventaram um novo material comp\u00f3sito no qual um pol\u00edmero n\u00e3o-tecido serve como substrato de apoio e \u00e9 misturado com p\u00f3 de cer\u00e2mica. <\/p>\n

“Em c\u00e9lulas pequenas, como as de um laptop, voc\u00ea pode usar 100% membranas de pol\u00edmeros, j\u00e1 que n\u00e3o h\u00e1 nenhum problema s\u00e9rio de seguran\u00e7a. Este problema surge apenas com as c\u00e9lulas maiores, que s\u00e3o essenciais para fabricar carros el\u00e9tricos a pre\u00e7os competitivos,” diz Volker Hennige. <\/p>\n

Novas tecnologias das baterias de l\u00edtio<\/strong> <\/p>\n

O atual modelo do novo Roadster, o carro el\u00e9trico esportivo da Tesla, um fabricante localizado na Calif\u00f3rnia (EUA) tamb\u00e9m cont\u00e9m milhares de pequenas c\u00e9lulas, em vez de um pequeno n\u00famero de c\u00e9lulas maiores, principalmente para reduzir o risco de uma explos\u00e3o nas baterias. Esta preocupa\u00e7\u00e3o com a seguran\u00e7a reflete-se parcialmente no pre\u00e7o do carro: mais de US$120.000,00. <\/p>\n

“Os materiais usados at\u00e9 agora para o catodo impedem a produ\u00e7\u00e3o de baterias em grande escala,” diz Saiful Islam. Um dos objetivos das pesquisas \u00e9 projetar catodos capazes de armazenar mais energia por meio do aumento do seu teor de l\u00edtio. E isso exigir\u00e1 a utiliza\u00e7\u00e3o de novos materiais. <\/p>\n

Em uma bateria Li-ion, quando os dois eletrodos s\u00e3o conectados ao circuito, libera-se energia qu\u00edmica. Os \u00edons de l\u00edtio fluem do catodo para o anodo quando a bateria estiver sendo carregada, e do anodo para o catodo durante a descarga. <\/p>\n

Quando o anodo \u00e9 feito de grafite, o catodo \u00e9 composto principalmente por uma camada de \u00f3xido met\u00e1lico, como o \u00f3xido de l\u00edtio-cobalto, ou de materiais baseados em poli\u00e2nions, como o fosfato de ferro-l\u00edtio ou espinelas de \u00f3xido de magn\u00e9sio e l\u00edtio. Desses materiais, o \u00f3xido de l\u00edtio-cobalto \u00e9 o mais comum. <\/p>\n

No entanto, como salienta Saiful Islam, “o cobalto traz problemas de pre\u00e7o e toxicidade”. <\/p>\n

Para substituir o \u00f3xido de cobalto e permitir o desenvolvimento em grande escala de baterias para aplica\u00e7\u00f5es automotivas, os cientistas t\u00eam concentrado seus esfor\u00e7os nos \u00f3xidos \u00e0 base de ferro, n\u00edquel ou mangan\u00eas, assim como nos catodos de fosfato de ferro-l\u00edtio (LiFePO4). Este \u00faltimo apresenta uma maior resist\u00eancia ao calor e \u00e0s correntes el\u00e9tricas de alta intensidade. <\/p>\n

Pesquisas ainda mais futuristas est\u00e3o tentando livrar-se totalmente do catodo de cobalto, em uma bateria de l\u00edtio-ar na qual o l\u00edtio entra no eletrodo e reage com o oxig\u00eanio para formar \u00f3xido de l\u00edtio. <\/p>\n

Os primeiros resultados sugerem que esta abordagem torna poss\u00edvel armazenar mais energia do que com as baterias tradicionais de \u00edons de l\u00edtio. Peter Bruce fala em at\u00e9 5 ou 10 vezes mais – veja detalhes em Bateria a ar pode durar 10 vezes mais que baterias de l\u00edtio e Bateria de ar-sil\u00edcio \u00e9 a mais nova op\u00e7\u00e3o para armazenamento de energia. <\/p>\n

Investimentos nos carros el\u00e9tricos<\/strong> <\/p>\n

As pesquisas atuais parecem promissoras, ainda que leve mais uma d\u00e9cada at\u00e9 que a tecnologia dos ve\u00edculos el\u00e9tricos possa competir com as vantagens da tecnologia dos motores de combust\u00e3o interna. Mas os esfor\u00e7os est\u00e3o agendados. <\/p>\n

Em mar\u00e7o de 2009, a Comiss\u00e3o Europeia destinou um bilh\u00e3o de euros para o desenvolvimento de carros verdes como parte do Green Cars Initiative, que \u00e9 parte integrante do seu plano de recupera\u00e7\u00e3o econ\u00f4mica p\u00f3s crise financeira. Uma parcela desses recursos foi destinada para as pesquisas de baterias de alta densidade, motores el\u00e9tricos, redes de distribui\u00e7\u00e3o de eletricidade inteligentes e sistemas de recarga de ve\u00edculos. <\/p>\n

Segundo um estudo realizado pelo banco HSBC, governos de todo o mundo est\u00e3o fornecendo \u20ac 12 bilh\u00f5es em est\u00edmulos para ve\u00edculos com baixas emiss\u00f5es de carbono. A maior parte desse montante foi destinada \u00e0 pesquisa e desenvolvimento de baterias mais leves e carros h\u00edbridos plug-in, bem como em cr\u00e9ditos ou restitui\u00e7\u00f5es de impostos para consumidores que comprarem ve\u00edculos novos e de baixa emiss\u00e3o. <\/p>\n

Mas \u00e9 preciso fazer ainda mais. Segundo Lew Fulton, especialista da Ag\u00eancia Internacional de Energia (AIE), se conseguirmos reduzir o custo das baterias para \u20ac 380 por kilowatt\/hora, um carro h\u00edbrido conectado \u00e0 rede el\u00e9trica, com um alcance de 50 km, custaria apenas cerca de \u20ac 3.000 a mais do que um modelo h\u00edbrido n\u00e3o-conectado – no qual a bateria \u00e9 recarregada pelo motor a combust\u00e3o e pela energia regenerativa dos freios. <\/p>\n

“Colocar na estrada 2 milh\u00f5es de carros h\u00edbridos conectados ao ano at\u00e9 2020 exigiria, portanto, um custo adicional de \u20ac 8 bilh\u00f5es por ano. As pesquisas de baterias e ve\u00edculos el\u00e9tricos em geral dever\u00e3o custar outras v\u00e1rias centenas de milh\u00f5es de euros por ano se pretendermos desenvolver tamb\u00e9m carros el\u00e9tricos puros,” disse Lew Fulton. <\/p>\n

O desafio da eletricidade para os carros el\u00e9tricos<\/strong> <\/p>\n

Desenvolver sistemas de transmiss\u00e3o e distribui\u00e7\u00e3o de eletricidade adaptados \u00e0 era dos carros el\u00e9tricos e h\u00edbridos \u00e9 outro desafio. <\/p>\n

Ser\u00e1 necess\u00e1rio aumentar a capacidade de produ\u00e7\u00e3o de energia? Poderia o desenvolvimento de uma rede inteligente de distribui\u00e7\u00e3o de energia – usando a tecnologia da computa\u00e7\u00e3o para monitorar o consumo minuto a minuto – ser suficiente para abrir o caminho para uma utiliza\u00e7\u00e3o ampla dos ve\u00edculos el\u00e9tricos? <\/p>\n

Recarregar carros acionados por energia el\u00e9trica ir\u00e1, certamente, aumentar a demanda de energia. Mas estes carros tamb\u00e9m poder\u00e3o ser utilizados para injetar eletricidade de volta na rede. Uma vez que isto j\u00e1 \u00e9 poss\u00edvel com as baterias de chumbo, seria f\u00e1cil estabelecer uma interliga\u00e7\u00e3o entre a rede de eletricidade e a frota de carros el\u00e9tricos. <\/p>\n

Tr\u00eas rotas paralelas <\/p>\n

Qualquer que seja a perspectiva que se adote, o desenvolvimento futuro dos ve\u00edculos el\u00e9tricos \u00e9 uma meta muito ambiciosa e vai exigir, em primeiro lugar, enormes investimentos. <\/p>\n

Na Europa, uma parte do financiamento para o Green Cars Initiative \u00e9 tamb\u00e9m dedicada a criar motores a combust\u00e3o mais limpos e eficientes, o que \u00e9, sem d\u00favida, um caminho mais f\u00e1cil de seguir. Mesmo assim, muitos fabricantes de autom\u00f3veis abra\u00e7aram o conceito dos carros el\u00e9tricos. <\/p>\n

Matthias Brock, da Daimler AG prev\u00ea a cria\u00e7\u00e3o de tr\u00eas rotas: “Os carros el\u00e9tricos poderiam ser usados na cidade, dada a sua autonomia mais limitada. Para dist\u00e2ncias maiores, os motores de combust\u00e3o interna continuar\u00e3o sendo a forma mais popular de transporte. Mas tamb\u00e9m estamos dando aten\u00e7\u00e3o \u00e0s c\u00e9lulas de combust\u00edvel por causa de sua neutralidade total de emiss\u00f5es de carbono.” <\/p>\n

A General Motors tamb\u00e9m adotou a ideia de carros el\u00e9tricos. Apesar da crise, a empresa est\u00e1 planejando lan\u00e7ar na Europa um novo ve\u00edculo h\u00edbrido, chamado Opel Ampera, j\u00e1 em 2011. “A produ\u00e7\u00e3o do Ampera ir\u00e1 em frente aconte\u00e7a o que acontecer”, diz Craig Cheetham, porta-voz da montadora americana. <\/p>\n

O aumento das vendas e a melhoria da imagem da Toyota desde o lan\u00e7amento do Prius certamente deu \u00e1gua na boca da GM. Este ingrediente inovador, que est\u00e1 atraindo a aten\u00e7\u00e3o em todos os sal\u00f5es de autom\u00f3veis ao redor do mundo, combinado com o crescimento a longo prazo nos pre\u00e7os do petr\u00f3leo, sem d\u00favida, anuncia mudan\u00e7as \u00e0 frente. <\/p>\n

Autor: Elisabeth Jeffries, escreve para publica\u00e7\u00f5es como The Times, Guardian e Economist Group<\/b><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

A defici\u00eancia das baterias O lan\u00e7amento do primeiro carro h\u00edbrido, o Toyota Prius, em 2001, j\u00e1 \u00e9 um fato hist\u00f3rico. A hist\u00f3ria agora se renova com a estreia no mercado dos primeiros carros el\u00e9tricos esportivos Tesla. 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